JPWO2010058845A1 - 面光源装置及びそれに用いる導光体 - Google Patents

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Abstract

一次光源2から発せられる光を導光し、且つ光入射端面41、光出射面43及びその反対側の裏面44を有する板状の導光体4。裏面44に、裏面44と光入射端面41との境界に垂直の方向に沿って延び、且つ互いに平行に配列された複数の第1のレンズ列44aが形成されている。光出射面43の、光入射端面41に近接する領域に、光出射面43と光入射端面41との境界に垂直の方向に沿って延び、且つ互いに略平行に配列された複数の第2のレンズ列43bが形成されており、上記領域における導光体4の厚さTに対する、光出射面43と光入射端面41との境界に垂直の方向の上記領域の寸法Aの比A/Tが5以上であり、かつ第2のレンズ列43bを構成するレンズ面が粗面化されている。

Description

本発明は、エッジライト方式の面光源装置、及びそれを構成するのに用いられる導光体に関するものであり、該導光体は、例えば携帯用ノートパソコン等のモニターや液晶テレビ等の表示部として使用される液晶表示装置のバックライトに好適である。
液晶表示装置は、基本的にバックライトと液晶表示素子とから構成されている。バックライトとしては、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のものが多用されている。エッジライト方式のバックライトにおいては、矩形板状の導光体の少なくとも1つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の2つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるようにしている。
携帯電話機や携帯用ゲーム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気機器また電子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置については、とくに小型化とともに消費電力の低減が要望されている。そこで、消費電力低減のために、バックライトの一次光源として、点状光源である発光ダイオード(LED)が使用されている。LEDを一次光源として用いたバックライトとしては、例えば特開平7−270624号公報(特許文献1)に記載されているように、線状の一次光源を用いるものと同様な機能を発揮させるために、複数のLEDを導光体の光入射端面に沿って一次元に配列している。このような点状一次光源の使用は、近年では、小型の液晶表示装置のみならず、携帯用ノートパソコン等のモニターや液晶テレビ等の表示部その他の比較的大きな液晶表示装置においてもなされている。
特公平7−27137号公報(特許文献2)では、光出射面が粗面の導光体を用い、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、バックライトの消費電力を抑えるとともに、輝度も極力犠牲にしないために出射光の分布を狭くする方法が提案されている。しかし、このようなバックライトでは、低消費電力で高い輝度が得られるものの、輝度むらがプリズムシートを通して視認されやすいものであった。
このような輝度むらの解消を目的として、特開2004−6326号公報(特許文献3)には、導光体の形成するプリズム列の表面を粗面化したり、プリズム列の直線的形状を変形させたレンズ列を形成することが提案されている。
また特開2006−171253号公報(特許文献4)や特開2006−261064号公報(特許文献5)には、導光体の片方の面の一部に入射端面から光の進行方向にほぼ沿った方向に複数の溝を形成することで輝度むらを少なくする技術が開示されている。
特開平7−270624号公報 特公平7−27137号公報 特開2004−6326号公報 特開2006−171253号公報 特開2006−261064号公報
しかし、特許文献3に開示されているような導光体を用いた面光源装置においても、面光源装置の大きさ、配置するLED等の点状光源の個数や点状光源の配置間隔によっては、各点状光源から出射した光同士が重なる部分で輝度が高くなることによる点状光源前方部分での暗部の発生が見られる場合がある。
また特許文献4や特許文献5においては、溝形状の最適化がなされておらず、輝度むらの根本的な解消には至っていない。特に、これらの特許文献では、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを導光体の光出射面上に配置してなる面光源装置(特にプリズムシートのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置してなる高輝度の面光源装置)において、輝度むら特にLED等の点状光源に対応して出現するスポット状の高輝度部分(ホットスポット[HotSpot])の出現に基づく輝度むらを解消することの示唆はない。
本発明の1つの目的は、以上のような面光源装置の点状の一次光源の使用等に伴う、一次光源から導光体内への導入光の分布不均一に起因する面光源装置の輝度むらを解消して、高品位の面光源装置の実現を可能にする面光源装置用導光体を提供することにある。本発明の他の目的は、以上のような面光源装置用導光体を用いる面光源装置、更には該面光源装置を用いる表示装置を提供することにある。
本発明によれば、上記の課題のうちの何れかを解決するものとして、
一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面、導光される光が出射する光出射面、及び該光出射面の反対側の裏面を有する板状の導光体であって、前記光入射端面に近接して、前記導光体を用いた面光源装置を用いて形成される表示装置の有効な表示領域に対応する有効表示領域の外となる入射側端縁部が形成される面光源装置用導光体において、
前記光出射面及び裏面のうちの一方の面に、該一方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向にほぼ沿って延び、且つ互いに略平行に配列された複数の第1のレンズ列が形成されており、
前記入射側端縁部において、前記光出射面及び裏面のうちの他方の面には、前記他方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向にほぼ沿って延び、且つ互いに略平行に配列された複数の第2のレンズ列が形成されており、
前記入射側端縁部における前記導光体の厚さTに対する、前記他方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向の前記入射側端縁部の寸法Aの比A/Tが5以上であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
本発明の一態様においては、前記第2のレンズ列は、前記他方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向の寸法が前記入射側端縁部の寸法Aの50%以上である。
本発明の一態様においては、前記第2のレンズ列を構成するレンズ面は、粗面化されており且つ前記第2のレンズ列の延びる方向に沿って測定される平均傾斜角が0.1〜8度の範囲内にある。
本発明の一態様においては、前記第2のレンズ列が形成された領域は前記他方の面の一部であり、前記第2のレンズ列は、部分的に、前記他方の面の前記第2のレンズ列が形成された領域以外の領域より、前記一方の面の近くに位置する。
本発明の一態様においては、前記第2のレンズ列が形成された領域は前記他方の面の一部であり、前記第2のレンズ列は、全体が、前記他方の面の前記第2のレンズ列が形成された領域以外の領域より、前記一方の面の近くに位置する。
また、本発明によれば、上記の課題のうちの何れかを解決するものとして、
上記の面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置された前記一次光源と、前記導光体の前記光出射面に隣接して配置された光偏向素子とを含んでなる面光源装置であって、
前記面光源装置用導光体の入射側端縁部は、前記面光源装置を用いて形成される表示装置の有効な表示領域に対応する有効表示領域の外に位置することを特徴とする面光源装置、
が提供される。
本発明の一態様においては、前記光偏向素子は前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面には前記光入射端面に沿って互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されている。
更に、本発明によれば、上記の課題のうちの何れかを解決するものとして、
上記の面光源装置と、該面光源装置から出光する光が到来するように配置された表示素子とを含んでなる表示装置であって、
前記面光源装置用導光体の入射側端縁部は、前記表示装置の有効な表示領域の外に位置することを特徴とする表示装置、
が提供される。
本発明の面光源装置用導光体によれば、輝度むらを解消して、高品位の面光源装置さらには表示装置を製造することが可能になる。
本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的部分透視斜視図である。 図1の面光源装置の模式的部分分解斜視図である。 図1の面光源装置における光偏向素子による光偏向の様子を示す模式図である。 図1の面光源装置における第1のレンズ列の断面図である。 実施例において作製された面光源装置用導光体の模式的斜視図である。 本発明による面光源装置の他の実施形態を示す模式的部分分解斜視図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的部分透視斜視図であり、図2はその模式的部分分解斜視図である。図1に示されているように、本実施形態の面光源装置は、Y方向に適宜の距離を隔てて配置された点状の一次光源としての複数のLED2と、該LEDから発せられる光を導光する板状の導光体4と、光偏向素子6と、光反射素子8とを備えている。複数のLED2は、それらから発せられる光の最大強度光の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。LED2から発せられる光の最大強度光の方向は、たとえばX方向とすることができる。
導光体4は、XY面と平行に配置され、全体として矩形板状をなしている。導光体4は、4つの側端面を有しており、そのうちのYZ面と略平行な1対の側端面のうちの一方が光入射端面41とされ、該光入射端面と対向するようにLED2が隣接配置されている。導光体4のYZ面と略平行な1対の側端面のうちの他方の側端面は、光入射端面と反対側の反対端面42とされている。導光体4の光入射端面41に略直交する2つの主面は、いずれもZ方向と略直交するように配置されており、一方の主面である上面が光出射面43とされている。該光出射面43には、複数の第2のレンズ列43bが形成された領域が設けられる。第2のレンズ列43bは、LED2から発せられ導光体4へと導入された光の最大強度光の、光出射面43に沿った面内での方向(すなわち、光出射面43に沿った面内での、導光体光入射端面41に入射し導光体4内に導入された光の指向性の方向)であるX方向にほぼ沿って延び、且つ互いに略平行に配列されている。即ち、互いに略平行に配列された第2のレンズ列43bのそれぞれは、光出射面43と光入射端面41との境界に垂直の方向即ちX方向にほぼ沿って延びている。尚、ここでいう「光出射面43と光入射端面41との境界」における「光出射面43」は、粗面43a及びレンズ列43bの形状を除外したものを指すものとし、具体的にはXY面と平行である。すなわち、ここでいう「光出射面43と光入射端面41との境界」は、大略Y方向に沿って延びている。
第2のレンズ列43bは、第2のレンズ列43bの延びる方向と直交する断面の形状を、LED2の配置間隔に応じて、円弧形状、V字形状、先端RのV字形状、サインカーブ、放物線形状等の所望の形状にすることができる。第2のレンズ列43bは、そこを通過または反射する光線を規則的に方向制御する機能があり、点状の一次光源から出射された光を満遍なく拡散させる機能がある。そのため、断面形状は多数の角度成分を持つ円弧形状、または、先端RのV字形状が好ましい。
前記断面内において、第2のレンズ列43bの形状として円弧形状または先端RのV字形状を用いた場合、その曲率半径は、例えば5〜200μm、好ましくは7〜120μm、より好ましくは10〜50μmである。また、第2のレンズ列43bの配列ピッチは、例えば10μm〜200μm、好ましくは10μm〜150μm、より好ましくは20μm〜100μmであり、前記曲率半径と組み合わせて、所望の形状が得られればよい。
また、いずれの形状の場合でも、第2のレンズ列43bの表面すなわち該レンズ列を構成するレンズ面(以下、レンズ列の「斜面」ともいう)が粗面化されていることが好ましい。粗面は光をランダムに拡散させる機能がある。レンズ列の斜面を粗面化することで、両者の機能がミックスされ、より効果的に輝度むらの解消を実現することが可能となる。レンズ列斜面の粗面化度合いにより規則的方向制御機能による効果とランダム拡散機能による効果との割合が変化するが、斜面の粗面化の度合いは、斜面を基準面とした後述の平均傾斜角(この平均傾斜角は、第2のレンズ列43bの延びる方向に測定することができる)は、0.1〜8度が好ましく、0.5〜3度がより好ましい。平均傾斜角が0.1度以上であると粗面による拡散効果が得られ、平均傾斜角が8度以下であるとレンズ列の規則的方向制御効果が得られる。特に、平均傾斜角が0.5度以上であると粗面による拡散効果が充分に得られ、平均傾斜角が3度以下であるとレンズ列の規則的方向制御効果が充分に得られる。
光出射面43において第2のレンズ列43bが形成される領域は、光入射端面に近接する領域である。この領域は、光入射端面41に隣接する光出射面43の端縁に沿って延びる帯状の領域とすることができる。この領域は、後述の有効表示領域Fの外にあること、すなわち光入射端面41に隣接する光出射面43の端縁(換言すれば上記の光出射面43と光入射端面41との境界)と有効表示領域Fとに挟まれた部分(入射側端縁部)にあることが好ましい。第2のレンズ列43bが有効表示領域F内へとはみ出て形成されると、第2のレンズ列43bが形成されている領域とそうでない領域との境界線が有効表示領域F内に出てしまい、輝度むらが見えてしまうことがある。尚、「入射側端縁部」は、以上のように光出射面43についての部分を指すのみならず、導光体4についての部分をも指すものとする。
第2のレンズ列43bが形成された帯状領域の幅(すなわち、光出射面43と光入射端面41との境界に垂直の方向[X方向]の寸法)は、上記の作用効果が十分に得られる大きさ、たとえば、導光体4の厚さの2倍以上であることが好ましい。第2のレンズ列43bが形成される領域が小さすぎると、上記の作用効果が充分に得られずに、輝度むらが解消しなくなることがある。
また、上記入射側端縁部の幅(すなわち、光出射面43と光入射端面41との境界に垂直の方向[X方向]の寸法)Aは、該入射側端縁部における導光体4の厚さTに対する比A/Tが5以上となるようなものであることが好ましい。ここで、入射側端縁部における導光体4の厚さTは、光出射面43の第2のレンズ列43bの頂部と裏面(後述の第1のレンズ列44aが上記入射側端縁部に形成されている場合には第1のレンズ列44aの頂部)との間の距離(Z方向寸法)を指すものとする。この比A/Tが小さすぎると、上記の作用効果が充分に得られずに、輝度むらが解消しなくなることがある。比A/Tを5以上とすることで、特に、LED2等の点状光源に対応して出現するホットスポット[HotSpot]の出現に基づく輝度むらを良好に解消することができる。
有効表示領域Fとは、図3に示されるように面光源装置の発光面上に透過型液晶表示素子等の表示素子11を配置して液晶表示装置等の表示装置を構成した場合に、面光源装置において実際に表示装置の有効表示のための照明に利用される光が発せられる領域(すなわち、表示装置の有効な表示領域に対応する面光源装置の領域)のことである。この有効表示領域Fは、たとえば導光体4の領域について、特に光出射面43内の領域についてもいうことができる。この有効表示領域Fは、面光源装置の発光領域に対して対角で1〜5mmほど小さい領域となることが多い。また、導光体光出射面43において、導光体4の光入射端面41に隣接する端縁から有効表示領域Fまでの距離(上記入射側端縁部の幅A)は、面光源装置の形状及びサイズにもよるが、一般的に2〜10mm程度である。
光出射面43において第2のレンズ列43bが形成される領域は、上記入射側端縁部の幅方向に関し部分的であっても良い。但し、その幅(X方向の寸法)Bは、上記の第2のレンズ列43bの作用効果を一層高めるためには、入射側端縁部の幅Aの1/2以上(すなわち50%以上)であるのが好ましく、特に全体であるのが好ましい。
光出射面43の有効表示領域Fに相当する領域は、光出射制御機能構造としての微細凹凸構造を有する粗面43aとされることが好ましい。粗面43aからなる領域からは、光出射面43の法線方向(Z方向)及び光入射端面41と直交するX方向の双方を含むXZ面内の分布において指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピークの方向が光出射面となす角度は例えば10°〜40°であり、出射光分布の半値全幅は例えば10°〜40°である。
導光体4の光出射面43に形成される光出射制御機能構造としての微細凹凸構造を有する粗面43aの平均傾斜角θaは、ISO4287/1−1984に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をxとして、得られた傾斜関数f(x)から次の(1)式および(2)式
Δa=(1/L)∫ |(d/dx)f(x)|dx ・・・ (1)
θa=tan−1(Δa) ・・・ (2)
を用いて求めることができる。ここで、Lは測定長さであり、Δaは平均傾斜角θaの正接である。
導光体4の光出射面43と反対側の主面(裏面)44には、光出射面43からの出射光のLED2の配列方向と平行なYZ面内での指向性を制御するために、光入射端面41を横切る方向例えば光入射端面41に対して略垂直の方向(すなわち、光出射面43に沿った面内での導光体4に入射した光の指向性の方向であるX方向)にほぼ沿って互いに平行に延びる多数の第1のレンズ列44aが形成されている。即ち、互いに略平行に配列された第1のレンズ列44aのそれぞれは、裏面44と光入射端面41との境界に垂直の方向即ちX方向にほぼ沿って延びている。尚、ここでいう「裏面44と光入射端面41との境界」における「裏面44」は、レンズ列44aの形状を除外したものを指すものとし、具体的にはXY面と平行である。すなわち、ここでいう「裏面44と光入射端面41との境界」は、大略Y方向に沿って延びている。
第1のレンズ列44aとしては、先端がR形状のプリズム列またはレンチキュラーレンズ列を用いるのが好ましい。本発明においては、レンズ列44aの延びる方向と直交する断面の形状において、第1のレンズ列のアスペクト比、即ち第1のレンズ列44aの配列ピッチ(P1)と高さ(H1)との比(P1/H1)、が7〜200、好ましくは8〜150、より好ましくは10〜100であり、断面形状が円弧であるか或いは先端が曲線である第1のレンズ列44aが好ましく用いられる。これは、第1のレンズ列44aのアスペクト比をこの範囲とすることで、光出射面43からの出射光を十分に集光させることができ、さらにレンズ列44aの破損や光反射素子8との擦れに起因する白点の発生を防止することができるからである。即ち、第1のレンズ列44aの形状をこの範囲内とすることで、出射光分布におけるピーク光方向を含みXZ面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が30°〜65°である集光された出射光を出射させることができ、面光源装置としての輝度を向上させることができる。第1のレンズ列44aの配列ピッチP1は、例えば10μm〜200μm、好ましくは10μm〜150μm、より好ましくは20μm〜100μmである。また、第1のレンズ列44aの先端部の断面形状は、曲率半径Rが25〜300μmの円弧形状であることが好ましいが、特に円弧形状に限定されず、それに近似できる形状であってもよい。また、第1のレンズ列44aの断面形状は、先端部以外の部分も曲線形状とされてもよく、例えばサインカーブなどにより表わされる波形状であってもよい。また、第1のレンズ列44aの断面形状は、複数の円弧形状の組み合わせからなってもよく、より具体的には、曲率半径Rが25〜300μmの円弧形状に内接するように複数の円弧形状を組み合わせた形状であっても良い。なお、複数の円弧形状を組み合わせてそれぞれの第1のレンズ列44aを構成する場合、全ての円弧形状が完全に曲率半径Rが25〜300μmの円弧形状に内接している必要は無く、例えば第1のレンズ列44aの頂部に位置する円弧形状が、曲率半径Rが25〜300μmの円弧形状から僅かに突出するような形状であっても良い。本願においてはこのような形状についても、曲率半径Rが25〜300μmの円弧形状に含むものとする。
導光体4の裏面の第1のレンズ列44aの表面の少なくとも一部に、微細な凹凸構造が複数形成されてもよい。図4には第1のレンズ列44aの断面形状が示されている。この微細な凹凸構造のそれぞれは、光出射面に垂直な面における断面形状において、最大アスペクト比、即ち長辺と高さ(深さ)との比、が7〜200となるような凹凸形状とされる。このような形状の微細な凹凸構造を第1のレンズ列44aの表面に多数設けることにより、光出射面43を平面形状とした場合においても、光出射面43の法線方向(Z方向)及び光入射端面41と直交するX方向の双方を含むXZ面内の分布において指向性のある光を出射させることができる。好ましくは、微細な凹凸構造は裏面の全体に渡って設けられるが、必ずしも全面に渡って設けられる必要はなく、導光体の用途等に応じて、好ましい範囲に微細な凹凸構造を設けても良い。
なお、導光体4の光出射機能構造としては、上記の様な光出射面43及び/または裏面44に形成した微細凹凸構造と併用して、導光体4の内部に光拡散性微粒子を混入分散することで形成したものを用いることができる。また、導光体4としては、図1及び図2に示される様な全体として一様な厚さ(光出射面43の粗面の微細凹凸形状及びレンズ列形状並びに裏面44のレンズ列形状等を無視した場合の厚さ)の板状のものの他に、X方向に関して光入射端面41から反対端面42の方へと次第に厚さが小さくなる様なくさび状のもの等の、種々の断面形状のものを使用することができる。更に、上記の光出射面43の構造と裏面44の構造とを逆にしても良い。
導光体4の厚さは、例えば0.3〜10mmである。
光偏向素子6は、導光体4の光出射面43上に配置されている。光偏向素子6の2つの主面は、それぞれ全体としてXY面と略平行に位置する。2つの主面のうちの一方(導光体の光出射面43と対向する主面)は入光面61とされており、他方が出光面62とされている。出光面62は、導光体4の光出射面43と平行な平坦面または粗面とされている。入光面61は、多数のプリズム列61aが互いに平行に配列されたプリズム列形成面とされている。
入光面61のプリズム列61aは、LED2の配列方向と略平行のY方向に延び、互いに平行に形成されている(すなわち、入光面61には導光体光入射端面41に沿って互いに平行に配列された複数のプリズム列61aが形成されている)。プリズム列61aの配列ピッチP3は、10μm〜100μmの範囲とすることが好ましく、より好ましくは10μm〜80μm、さらに好ましくは20μm〜70μmの範囲である。また、プリズム列61aの頂角は、30°〜80°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは40°〜70°の範囲である。
光偏向素子6においては、所望の形状のプリズム列を精確に作製し、安定した光学性能を得るとともに、組立作業時や光源装置としての使用時におけるプリズム列頂部の摩耗や変形を抑止する目的で、プリズム列の頂部に頂部平坦部あるいは頂部曲面部を形成してもよい。この場合、頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は、3μm以下とすることが、面光源装置としての輝度の低下やスティッキングによる輝度の不均一パターンの発生を抑止する観点から好ましく、より好ましくは頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は2μm以下であり、さらに好ましくは1μm以下である。
光偏向素子6の厚さは、例えば30〜350μmである。
図3に、光偏向素子6による光偏向の様子を示す。この図は、XZ面内での導光体4からのピーク出射光(出射光分布のピークに対応する光)の進行方向を示すものである。導光体4の光出射面43の特に粗面43aからなる領域から斜めに出射される光は、プリズム列61aの第1面へ入射し第2面により全反射されて、導光体4からの出射光の指向性をほぼ維持したまま出光面62の略法線の方向に出射する。これにより、XZ面内では、出光面62の法線の方向において高い輝度を得ることができる。
光偏向素子6は、導光体4からの出射光を目的の方向に偏向(変角)させる機能を果たすものであり、上記の様な指向性の高い光を出射する導光体4と組み合わせる場合には、少なくとも一方の面に多数のレンズ単位が並列して形成されたレンズ面を有するレンズシートを使用することが好ましい。レンズシートに形成されるレンズ形状は、目的に応じて種々のものが使用され、例えば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライアイレンズ形状、波型形状等が挙げられる。中でも断面略三角形状の多数のプリズム列が並列に配置されたプリズムシートが特に好ましい。但し、プリズム列を構成する2つのプリズム面の少なくとも一方は、断面が複数の直線からなるものまたは1つ以上の曲線からなるもの或いは1つ以上の直線と1つ以上の曲線との組合せからなるものであっても良い。
導光体4及び光偏向素子6は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、環状ポリオレフィン樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが80重量%以上であるものが好ましい。導光体4及び光偏光素子6の粗面の表面構造やプリズム列等の表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能(メタ)アクリル化合物、ビニル化合物、(メタ)アクリル酸エステル類、アリル化合物、(メタ)アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
光反射素子8としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いることができる。本発明においては、光反射素子8として反射シートに代えて、導光体4の裏面44に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いることも可能である。尚、導光体4の光入射端面として利用される端面以外の端面にも反射部材を付することが好ましい。
LED2から発せられる光を少ないロスで導光体4の光入射端面41へと導くために、リフレクタ10が設けられている。該リフレクタ10としては、例えば、表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルムを用いることができる。図示されているように、リフレクタ10は、光反射素子8の端縁部外面からLED2の外側を経て光偏光素子6の出光面端縁部へと巻き付けられている。別法として、光源リフレクタ10は、光偏光素子6を避けて、光反射素子8の端縁部外面からLED2の外側を経て導光体4の光出射面端縁部へと巻き付けることも可能である。
以上の実施形態では、LEDなどの点状一次光源を複数用いている。この場合、複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度光の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。
以上のようなLED2、導光体4、光偏向素子6および光反射素子8からなる面光源装置の発光面(光偏光素子6の出光面62)上に、図3に示されるようにして透過型液晶表示素子等の表示素子11を配置することにより液晶表示装置等の表示装置が構成される。図1において、符号Fは、面光源装置と組み合わせて使用される表示素子11の有効表示の領域に対応する当該面光源装置の上記有効表示領域を示す。
本実施形態では、リフレクタ10は、有効表示領域F以外の領域の光偏向素子6、導光体4及び光反射素子8の積層体の端面部並びにLED2を覆うように配置されている。これにより、積層体の端面部から出射する光及びLED2のケースから漏れ出す光をXY面内において良好に拡散させて反射させ導光体4へと再入射させることができ、導光体光出射面43の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度の向上に寄与することができる。
液晶表示装置等の表示装置は、図1及び図3における上方から液晶表示素子等の表示素子11を通して観察者により観察される。十分にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。
なお、光偏向素子6の出光面62上に、光拡散素子を隣接配置することができる。この光拡散素子により、画像表示の品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑などを抑止し、画像表示の品質を向上させることができる。光拡散素子は、光拡散材を混入したシート状のものとすることができ、光偏向素子6の出光面62側にて該光偏向素子6に接合などにより一体化させてもよいし、光偏向素子6上に載置してもよい。光偏向素子6上に載置する場合には、光偏向素子6とのスティッキング防止のために、光拡散素子の光偏向素子6と対向する側の面(光入射側の面)に凹凸構造を付与することが好ましい。更に、光拡散素子の光出射側の面にも、その上に配置される液晶表示素子との間でのスティッキング防止のために、凹凸構造を付与することが好ましい。この凹凸構造は、十点平均粗さが好ましくは0.7°以上、更に好ましくは1.0°以上、より好ましくは1.5°以上となるような構造とすることができる。
次に、以上のような面光源装置用導光体の製造方法の実施形態を説明する。
本実施形態では、光出射面43及び裏面44をそれぞれ形成するための形状転写面を有する成形用型部材を用いて透光性樹脂を成形することを含んで上記の面光源装置用導光体4を製造する。成形用型部材を作製するに際して、型素材の所要領域をブラスト処理により粗面化して上記形状転写面を形成する。ブラストノズルと型素材との間の距離は、ブラスト処理の簡便さの観点から、一定に維持されるのが好ましい。ブラスト粒子としては、ガラスビーズのような球形状のものやアルミナ粒子のような多角形状のものを使用することができる。
以上のようにして作製された成形用型部材を用いて透光性樹脂(組成物)を成形することで、上記のような導光体が製造される。
図6は本発明による面光源装置の他の実施形態を示す模式的部分分解斜視図である。この図において、図2におけると同様の部分には同一の符号が付されている。
本実施形態は、図1乃至図4を参照して説明した実施形態とは、導光体4の光出射面43に形成された第2のレンズ列43bのZ方向位置のみ、異なる。即ち、図1乃至図4の実施形態では、第2のレンズ列43bの頂部を含むレンズ面すなわち斜面は、光出射面43の第2のレンズ列43bが形成された領域以外の領域(即ち粗面43aからなる領域)より上方に位置している。これに対して、図6の実施形態では、第2のレンズ列43bの頂部を含むレンズ面すなわち斜面の全体が、光出射面43の粗面43aからなる領域より下方に(すなわち裏面44の近くに)位置する。
第2のレンズ列43bの高さをH2とすると、Z方向に関して、第2のレンズ列43bの表面のうち、粗面43aに最も近い部分と粗面43aとの距離は、例えば0.1〜(H2+10)μm、好ましくは、0.5〜(H2+3)μmとすることができる。この距離、すなわち第2のレンズ列43bの頂部と光出射面43の粗面43aからなる領域とのZ方向位置の差(すなわち高さの差)は、具体的には、たとえば1〜30μmとすることができる。
本実施形態では、導光体4の光出射面43において、第2のレンズ列43bの形成された領域と粗面43aからなる領域との境界の領域のZ方向基準の面傾斜の向きは、図1乃至図4の実施形態のものと逆である。すなわち、図1乃至図4の実施形態では上記境界領域の面はZ方向(光出射面法線方向)と粗面43aからなる領域との間を向いており、これに対して、図6の本実施形態では上記境界領域の面はZ方向(光出射面法線方向)と第2のレンズ列43bの形成された領域との間を向いている。このため。本実施形態は、図1乃至図4の実施形態に比べて、上記境界領域からの導光の漏れは少なく、この境界領域由来の輝度むらの発生を著しく低減することができる。
本実施形態の面光源装置用導光体4も、光出射面43及び裏面44をそれぞれ形成するための形状転写面を有する成形用型部材を用いて透光性樹脂を成形することを含んで製造することができる。本実施形態では、特に、成形用型部材を作製するに際して、第2のレンズ列43bの形状転写部の形成が容易である。すなわち、成形用型部材においては、第2のレンズ列43bの形状転写部の全体が、粗面43aの形状転写部より高い位置にあり、従って、第2のレンズ列43bの形状転写部をセーパー等の切削加工装置を用いた切削刃の往復移動により容易に形成することができる。
尚、本発明は、導光体4の光出射面43に形成された第2のレンズ列43bのZ方向位置が、図1乃至図4の実施形態のものと図6の実施形態のものとの間にある場合をも包含する。即ち、第2のレンズ列43bが、部分的に、該第2のレンズ列が形成された領域以外の領域たる粗面43aからなる領域より、裏面44の近くに位置する形態も、本発明に含まれる。
このような実施形態においては、導光体4の光出射面43において、第2のレンズ列43bの形成された領域と粗面43aからなる領域との境界の領域は、上記のZ方向基準の面傾斜の向きについては、一部分が図1乃至図4の実施形態のものと同一であるが、他の部分が図6の実施形態のものと同一である。このため、本実施形態においては、図1乃至図4の実施形態に比べて、上記境界領域からの導光の漏れは少なく、この境界領域由来の輝度むらの発生を低減することができる。
以下、実施例及び比較例によって本発明を説明する。
[実施例1]
加工面が鏡面仕上げされた有効面積195mm(X方向寸法)×307mm(Y方向寸法)、厚さ30mmのNiPめっきブロックの加工面に、図2に示すような第2のレンズ列43bを転写形成するための転写領域が形成されるよう切削加工を行った。第2のレンズ列43bは、第2のレンズ列43bの延びる方向と直交する面内において、幅50μm(Y方向寸法)、高さ11μm(Z方向寸法)、曲率半径34μmの円弧形状とした。ブロックの転写領域は、これに対応する反転形状を有する。切削加工長さ(X方向寸法)は有効面積内において5mmとし、導光体4の有効表示領域Fに切削加工部分が入らないようにした。
次に、得られたブロックの加工面に、ガラスビーズ(ポッターズバロティーニ社製J220)を、平均傾斜角θaが光入射端面に近い側から遠い側へと0.9度から3.0度のグラデーションとなるよう、ブラストし、第1の転写面形成金型とした。ブラスト処理の条件は以下の通りとした。ガラスビーズは、40g/分の量を、320mmの高さから、光入射端面に近い側から遠い側へと2.5mmピッチで帯状に複数回にわたって噴射し、それぞれの帯につき速度及び圧力をそれぞれ20m/分から4m/分及び0.2MPaから0.4MPaに変化させることで、平均傾斜角θaのグラデーションを形成した。
加工面が鏡面仕上げされた有効面積195mm(X方向寸法)×307mm(Y方向寸法)、厚さ10mmの別のNiPめっきブロックの加工面に、図2に示すような第1のレンズ列44aを転写形成するための転写面が形成されるよう切削加工を行った。第1のレンズ列44aは、第1のレンズ列44aの延びる方向と直交する面内において、幅50μm(Y方向寸法)、高さ5μm(Z方向寸法)、曲率半径65μmの略円弧形状とした。ブロックの転写領域は、これに対応する反転形状を有する。
次に、得られたブロックの加工面に、ガラスビーズ(ポッターズバロティーニ社製J400)をブラスト処理し、第2の転写面形成金型とした。なお、ブラスト処理においては、ガラスビーズは、60g/分の量を、520mmの高さから、光入射端面に近い側から遠い側へと1mmピッチで帯状に、速度5m/分及び圧力0.11MPaで複数回にわたって噴射した。
前記第1および第2の転写面形成金型を射出成形装置に組み込み、射出成形を行った。成形材料としてはアクリル樹脂(三菱レイヨン社製、アクリペットTF−8)を用いた。得られた成形品すなわち導光体4の概略図を図5に示す。
導光体の厚さ0.8mmの長辺側端面(光入射端面41)に対向するようにして、該長辺に沿って等間隔で54個のLED(豊田合成社製、E1S62−YWOS7−07)を配置し、更に光源リフレクタ10を配置した。また、導光体の裏面44に対向するようにして光反射素子8として光散乱反射シート(東レ社製E6SP)を配置し、光出射面43に対向するようにして光偏向素子6として頂角65°でピッチ50μmのレンズ列が多数並列に形成された厚さ155μmのプリズムシート(三菱レイヨン社製M168YK)を、そのレンズ列形成面が光出射面43に対向するように配置し、図1及び図2に示したような面光源装置を作製した。
この面光源装置は、組み合わされる透過型液晶表示素子の有効な表示領域との関係上、有効表示領域Fの外縁が導光体外周縁から5.2mmの位置にある。従って、入射側端縁部の導光体4の厚さT(0.811mm)に対する、当該入射側端縁部の幅(X方向寸法)A(5.2mm)の比A/Tは、6.41である。また、第2のレンズ列43bが形成される帯状領域の幅すなわち第2のレンズ列43bのX方向寸法B(5mm)は、上記入射側端縁部の幅A(5.2mm)の96%である。
得られた面光源装置を点灯させ、発光状態を観察したところ、有効表示領域F内ではLEDの配置に起因するような輝度むら(特にホットスポット)は見られず、輝度均斉度も良好であった。
[比較例1]
第1の転写面形成金型を作製するに際して、鏡面仕上げをした有効面積195mm(X方向寸法)×307mm(Y方向寸法)、厚さ3mmのステンレススチール板を型素材として用い、第2のレンズ列43bを転写形成するための転写領域を形成させずにガラスビーズ(ポッターズバロティーニ社製J220)を用いて、ブラスト処理を行ったこと、以外は実施例1と同様にして面光源装置を作製した。
得られた面光源装置を点灯させ、発光状態を観察したところ、有効表示領域F内においてLEDの配置に起因するような輝度むら(特にホットスポット)がわずかに見られた。
[実施例2]
加工面が鏡面仕上げされた有効面積175.5mm(X方向寸法)×285.5mm(Y方向寸法)のNiPめっき板であって、第2のレンズ列43bを転写形成するための転写領域を形成する部分の厚さが3.05mmで、粗面43aを転写形成するための転写領域を形成する部分の厚さが3mmで、これらの部分の境界領域の幅が0.7mmの板の加工面に、図6に示すような第2のレンズ列43bを転写形成するための転写領域が形成されるよう切削加工を行った。第2のレンズ列43bは、第2のレンズ列43bの延びる方向と直交する面内において、幅70μm(Y方向寸法)、高さ24μm(Z方向寸法)、頂角80度、先端の曲率半径34μmの、先端RのV字形状とした。また、第2のレンズ列43bの先端部が、粗面43aからなる領域より5μm低い位置に配置されるようにした。ブロックの転写領域は、これに対応する反転形状を有する。切削加工長さ(X方向寸法)は有効面積内において3mmとし、導光体4の有効表示領域Fに切削加工部分が入らないようにした。
次に、得られた板の加工面に、実施例1と同様にしてガラスビーズ(ポッターズバロティーニ社製J220)をブラストし、第1の転写面形成金型とした。但し、ブラスト処理の条件は以下の通りとした。ガラスビーズは、40g/分の量を、320mmの高さから、光入射端面に近い側から遠い側へと2.5mmピッチで帯状に複数回にわたって噴射し、それぞれの帯につき速度及び圧力をそれぞれ20m/分から3m/分及び0.2MPaから0.4MPaに変化させることで、平均傾斜角θaのグラデーションを形成した。
加工面が鏡面仕上げされた有効面積175.5mm(X方向寸法)×285.5mm(Y方向寸法)、厚さ30mmのNiPめっきブロックの加工面に、図6に示すような第1のレンズ列44aを転写形成するための転写面が形成されるよう切削加工を行った。第1のレンズ列44aは、第1のレンズ列44aの延びる方向と直交する面内において、幅50μm(Y方向寸法)、高さ5μm(Z方向寸法)、曲率半径65μmの略円弧形状とした。ブロックの転写領域は、これに対応する反転形状を有する。
次に、得られたブロックの加工面にガラスビーズ(ポッターズバロティーニ社製J400)を実施例1と同様にしてブラストし、第2の転写面形成金型とした。
前記第1および第2の転写面形成金型を実施例1と同様にして射出成形装置に組み込み、射出成形を行った。得られた導光体の光出射面43には、平均傾斜角θaが光入射端面に近い側から遠い側へと0.8度から2.9度のグラデーションとなった粗面43aと、第2のレンズ列43bとが形成されていた。第2のレンズ列43bは、表面が一部粗面化されており、幅70μm、高さ24μm、頂角80度、先端の曲率半径34μmの、先端RのV字断面形状を持ち、且つ光入射端面から垂直に3mm延びていた。また、光出射面の裏面44には、表面が一部粗面化された幅50μm、高さ5μm、曲率半径65μmの略円弧の断面形状を持つ第1のレンズ列44aが全面に渡って形成されていた。
導光体の厚さ0.7mmの長辺側端面(光入射端面41)に対向するようにして、該長辺に沿って等間隔で54個のLED(豊田合成社製、E1S62−YWOS7−07)を配置し、更に光源リフレクタ10を配置した。また、導光体の裏面44に対向するようにして光反射素子8として光散乱反射シート(東レ社製E6SP)を配置し、光出射面43に対向するようにして光偏向素子6として頂角68°でピッチ29μmのレンズ列が多数並列に形成された厚さ188μmのプリズムシート(三菱レイヨン社製M268YWC3)を、そのレンズ列形成面が光出射面43に対向するように配置し、図6に示したような面光源装置を作製した。
この面光源装置は、組み合わされる透過型液晶表示素子の有効な表示領域との関係上、有効表示領域Fの外縁が導光体外周縁から6mmの位置にある。従って、入射側端縁部の導光体4の厚さT(0.795mm)に対する、当該入射側端縁部の幅(X方向寸法)A(6mm)の比A/Tは、7.55である。また、第2のレンズ列43bが形成される帯状領域の幅すなわち第2のレンズ列43bのX方向寸法B(3mm)は、上記入射側端縁部の幅A(6mm)の50%である。
得られた面光源装置を点灯させ、発光状態を観察したところ、有効表示領域F内ではLEDの配置に起因するような輝度むら(特にホットスポット)は見られず、輝度均斉度も良好であった。
[比較例2]及び[実施例3]〜[実施例9]
入射側端縁部の導光体4の厚さT[mm]、当該入射側端縁部の幅A[mm]及び第2のレンズ列43bのX方向寸法B[mm]を以下の表1に示すようにし、従ってA/T及びB/A[%]を表1に示すようにし、サイズ[インチ型]を表1に示すようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、面光源装置を作製した。
得られた面光源装置を点灯させ、発光状態を観察したところ、有効表示領域F内でのLEDの配置に起因するような輝度むら(特にホットスポット)に関して、表1に示されるような結果が得られた。
Figure 2010058845
2 LED
4 導光体
41 光入射端面
42 反対端面
43 光出射面
43a 粗面
43b 第2のレンズ列
44 裏面
44a 第1のレンズ列
6 光偏向素子
61 入光面
61a プリズム列
62 出光面
8 光反射素子
10 リフレクタ
11 表示素子
F 有効表示領域

Claims (8)

  1. 一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面、導光される光が出射する光出射面、及び該光出射面の反対側の裏面を有する板状の導光体であって、前記光入射端面に近接して、前記導光体を用いた面光源装置を用いて形成される表示装置の有効な表示領域に対応する有効表示領域の外となる入射側端縁部が形成される面光源装置用導光体において、
    前記光出射面及び裏面のうちの一方の面に、該一方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向にほぼ沿って延び、且つ互いに略平行に配列された複数の第1のレンズ列が形成されており、
    前記入射側端縁部において、前記光出射面及び裏面のうちの他方の面には、前記他方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向にほぼ沿って延び、且つ互いに略平行に配列された複数の第2のレンズ列が形成されており、
    前記入射側端縁部における前記導光体の厚さTに対する、前記他方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向の前記入射側端縁部の寸法Aの比A/Tが5以上であることを特徴とする面光源装置用導光体。
  2. 前記第2のレンズ列は、前記他方の面と前記光入射端面との境界に垂直の方向の寸法が前記入射側端縁部の寸法Aの50%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。
  3. 前記第2のレンズ列を構成するレンズ面は、粗面化されており且つ前記第2のレンズ列の延びる方向に沿って測定される平均傾斜角が0.1〜8度の範囲内にあることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。
  4. 前記第2のレンズ列が形成された領域は前記他方の面の一部であり、
    前記第2のレンズ列は、部分的に、前記他方の面の前記第2のレンズ列が形成された領域以外の領域より、前記一方の面の近くに位置することを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。
  5. 前記第2のレンズ列が形成された領域は前記他方の面の一部であり、
    前記第2のレンズ列は、全体が、前記他方の面の前記第2のレンズ列が形成された領域以外の領域より、前記一方の面の近くに位置することを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。
  6. 請求項1に記載の面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置された前記一次光源と、前記導光体の前記光出射面に隣接して配置された光偏向素子とを含んでなる面光源装置であって、
    前記面光源装置用導光体の入射側端縁部は、前記面光源装置を用いて形成される表示装置の有効な表示領域に対応する有効表示領域の外に位置することを特徴とする面光源装置。
  7. 前記光偏向素子は前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面には前記光入射端面に沿って互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されていることを特徴とする、請求項6に記載の面光源装置。
  8. 請求項6に記載の面光源装置と、該面光源装置から出光する光が到来するように配置された表示素子とを含んでなる表示装置であって、
    前記面光源装置用導光体の入射側端縁部は、前記表示装置の有効な表示領域の外に位置することを特徴とする表示装置。
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